(57)【要約】【課題】膜厚を高精度にモニタ制御することができるとともに、設計自由度を高めることができるスパッタ装置を提供する。【解決手段】スパッタ装置は、基板５が設置される基板設置領域５ａと、ターゲット８が設置される領域であって、該ターゲットからのスパッタ粒子が放出される粒子放出領域８ａと、基板上に形成された膜厚を測定するためのセンサ１１が設置されるセンサ設置領域１１ａとを有する。基板設置領域とセンサ設置領域は、粒子放出領域の中心線Ｌ１に関して対称性を有する位置関係に設けられている。【選択図】図２
2007291420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が設置される基板設置領域と、
ターゲットが設置される領域であって、該ターゲットからのスパッタ粒子が放出される粒子放出領域と、
前記基板上に形成された膜厚を測定するためのセンサが設置されるセンサ設置領域とを有し、
前記基板設置領域と前記センサ設置領域とが、前記粒子放出領域の中心線に関して対称性を有する位置関係に設けられていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
前記基板設置領域と前記センサ設置領域とが前記粒子放出領域に対して互いに反対側に配置されており、
前記対称性を有する位置関係は、前記粒子放出領域の中心から前記基板設置領域の中心までの距離に対する前記粒子放出領域の中心から前記センサ設置領域の中心までの距離の差が±１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項３】
前記基板設置領域と前記センサ設置領域とが前記粒子放出領域の中心線に対して互いに反対側に配置されており、
前記対称性を有する位置関係は、前記粒子放出領域の中心から前記基板設置領域の中心までの距離に対する前記粒子放出領域の中心から前記センサ設置領域の中心までの距離の差が±１０％以下であり、かつ前記粒子放出領域の中心と前記基板設置領域の中心とを結んだ直線が前記粒子放出領域の中心線となす角度に対する前記粒子放出領域の中心と前記センサ設置領域の中心とを結んだ直線が前記粒子放出領域の中心線となす角度の差が±１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記対称性を有する位置関係は、前記基板設置領域の中心線が前記粒子放出領域の中心線となす角度に対する前記センサ設置領域の中心線が前記粒子放出領域の中心線となす角度の差が±１０％以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
前記粒子放出領域に、互いに対向する複数のターゲット又はリング状のターゲットが配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のスパッタ装置。
【請求項６】
前記粒子放出領域に、被スパッタリング面が基板配置領域側を向いたターゲットが配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のスパッタ装置。
【請求項７】
基板が設置される基板設置領域と、
ターゲットが設置される領域であって、該ターゲットからのスパッタ粒子が放出される粒子放出領域と、
前記基板上に形成された膜厚を測定するためのセンサが設置されるセンサ設置領域とを有し、
前記基板設置領域と前記センサ設置領域とが、前記粒子放出領域に対して互いに反対側に設けられていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項８】
前記粒子放出領域の中心から前記基板設置領域の中心までの距離に対する前記粒子放出領域の中心から前記センサ設置領域の中心までの距離の差が±１０％以下であることを特徴とする請求項７に記載のスパッタ装置。
【請求項９】
前記粒子放出領域に、互いに対向する複数のターゲット又はリング状のターゲットが配置されることを特徴とする請求項７又は８に記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体上に成膜するためのスパッタ装置に関し、特に膜厚測定用センサを用いて膜厚を高精度に制御するスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ装置は、成膜チャンバ内に薄膜材料となるターゲットと成膜対象である物体（以下、基板という）を配置し、放電によりターゲットの被スパッタリング面をスパッタリングすることにより、金属や化合物の薄膜を基板の被成膜面に生成する装置である。
【０００３】
このようなスパッタ装置には、ターゲットの被スパッタリング面と基板の被成膜面とを正対するように配置した対向型スパッタ装置がある。また、ターゲットの被スパッタリング面と基板の被成膜面とをオフアクシスに配したオフアクシス型又は対向ターゲット型スパッタ装置もある。
【０００４】
このようなスパッタ装置では、一般に所望の厚さの薄膜を生成することが求められるため、膜厚を制御する必要がある。スパッタ装置における膜厚制御法には、主として以下の２つの方法がある。１つは成膜時間を変化させて膜厚を制御する時間制御法である。他はスパッタ装置内に配置された膜厚測定用センサを用いて膜厚を制御するモニタ制御法である。
【０００５】
これらの膜厚制御方法のうちモニタ制御法にて用いられる膜厚測定用センサとしては、主として光学式センサと水晶振動子センサとがある。光学式センサを用いる場合は、センサ上に薄膜が生成されることによって該センサの反射率等の光学特性変化を検出することで膜厚を計測する。また、水晶振動子センサを用いる場合は、センサ上に薄膜が生成されることによる水晶振動子の共振周波数の変化を検出することで膜厚を計測する。
【０００６】
このような膜厚測定用センサを用いて膜厚を測定する場合、基板への成膜と同時にセンサ上にも成膜を行うことによって、基板上の膜厚を推定することができる。特許文献１にて説明されているように、通常、膜厚測定用センサは基板の脇に設置される。また、特許文献１にて開示されたスパッタ装置では、基板ホルダに開口部を設け、該基板ホルダの裏側に膜厚測定用センサを配置している。
【特許文献１】特開平８−３２５７２５号公報（段落０００５，００２３〜００２６、図１，１０等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したモニタ制御法により膜厚を制御する場合には、センサ上の成膜速度が基板上の成膜速度に対して差がないことが望ましい。成膜速度に大きな差があると、膜厚制御の精度が悪化してしまうからである。
【０００８】
センサ上と基板上での成膜速度の差は、ターゲットから放出される成膜粒子の放出角度分布がセンサおよび基板に対して非対称性を有することが原因の１つと考えられる。言い換えれば、基板のターゲットに対する仰角とセンサのターゲットに対する仰角とが異なると、センサ上と基板上での成膜速度の差が大きくなる。特許文献１に開示されたセンサの設置方法では、このような成膜速度の差に起因した膜厚制御の悪化が懸念される。
【０００９】
また、特許文献１に開示されているように、膜厚測定用センサを基板の脇や裏側とった基板近傍に配置すると、成膜チャンバ内の設計自由度が制限されてしまう。成膜チャンバ内には、膜厚測定用センサを放電から保護するための遮蔽容器やセンサの交換回数を減らすためのシャッタが配置される場合が多く、さらにセンサを複数個備えたセンサユニットが使用されることが多い。このため、これらのセンサ関連構造が成膜チャンバ内で占める容積が大きくなり、成膜チャンバ内の設計自由度が制限される。この結果、成膜チャンバ内での基板の設置領域や設置方法の自由度が制限される。
【００１０】
そこで、本発明は、膜厚を高精度にモニタ制御することができるとともに、設計自由度を高めることができるスパッタ装置を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としてのスパッタ装置は、基板が設置される基板設置領域と、ターゲットが設置される領域であって、該ターゲットからのスパッタ粒子が放出される粒子放出領域と、基板上に形成された膜厚を測定するためのセンサが設置されるセンサ設置領域とを有する。そして、基板設置領域とセンサ設置領域とが、粒子放出領域の中心線に関して対称性を有する位置関係に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の側面としてのスパッタ装置は、基板が設置される基板設置領域と、ターゲットが設置される領域であって、該ターゲットからのスパッタ粒子が放出される粒子放出領域と、基板上に形成された膜厚を測定するためのセンサが設置されるセンサ設置領域とを有する。そして、基板設置領域とセンサ設置領域とが、粒子放出領域に対して互いに反対側に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサ設置領域に設置されたセンサと基板設置領域に設置された基板とに同等の条件で成膜される。したがって、センサに対する成膜速度と基板に対する成膜速度との差を小さく又はほとんどなくすることができるので、膜厚制御の精度の向上させることができる。また、基板が設置される領域とセンサが設置される領域とが粒子放出領域の中心線又は粒子放出領域を境に分かれることにより、設計自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１には、本発明の実施例１であるスパッタ装置の構成を示す。本実施例のスパッタ装置は、成膜を行う成膜チャンバ（真空チャンバ）１と、成膜チャンバ１からの排気を行う真空ポンプ２と、成膜チャンバ１内でプラズマ放電を発生させるためのガスを導入するガスボンベ３とを備えている。ガスとしては、Ａｒ（アルゴン）やＨｅ（ヘリウム）などの不活性ガスや、不活性ガスとＯ２（酸素）やＮ２（窒素）等との混合ガスが使用される。
【００１６】
成膜チャンバ１と真空ポンプ２の間には、排気量を制御するための排気バルブ１３が設けられている。また、成膜チャンバ１とガスボンベ３の間には、ガス供給量を制御するためのガス導入バルブ４が設けられている。
【００１７】
さらに、該スパッタ装置は、成膜チャンバ１を高真空状態に保ったまま、成膜対象物である基板５を成膜チャンバ１に対して搬入および搬出するために、ロードロックチャンバ１２を有する。また、該スパッタ装置には、成膜チャンバ１内の圧力（真空度）を測定するための真空計１０を有する。
【００１８】
成膜チャンバ１内には、基板５を保持するための基板ホルダ６を備えている。この基板ホルダ６によって保持されることにより基板５が設置される空間的領域を、以下、基板設置領域５ａという。基板５としては、反射防止膜や半反射透過膜といった光学膜が形成されるレンズ等の光学素子や、透明導電膜（ＩＴＯ，ＺｎＯ）やバリア膜（ＳｉＯｘ，ＳｉＯＮ）等が形成されるガラス板や樹脂フィルム等が例として挙げられる。
【００１９】
また、成膜チャンバ１内における基板設置領域５ａの上方には、放電電極７とアルミニウムその他の成膜材料からなるターゲット８が２組設置されている。各組の放電電極７およびターゲット８は、不図示のターゲットホルダによって成膜チャンバ１内に保持される。ターゲットホルダによって保持されることにより２つのターゲット８が設置される空間的領域であって該２つのターゲット８からのスパッタ粒子が放出される空間を、以下、粒子放出領域８ａという。
【００２０】
本実施例のスパッタ装置は、２つの平板状のターゲット８が、それらの被スパッタリング面８ｂが互いに対向するように設置されるオフアクシス型又は対向ターゲット型スパッタ装置である。被スパッタリング面８ｂは、スパッタ粒子の放出面である。放電電極７には、ターゲット８に電界（直流電界、パルス電界、高周波電界等）を印加し、ターゲット８間にプラズマＰを生成させるための電源９が接続されている。
【００２１】
また、成膜チャンバ１内における粒子放出領域８ａの上方には、生成された薄膜の厚さ（膜厚）を測定するためのセンシング素子としての膜厚測定用センサ（以下、単にセンサという）１１が設けられている。本実施例のセンサ１１としては、水晶振動子が使用される。センサ１１は、不図示のセンサホルダによって成膜チャンバ１内に保持される。該センサホルダによって保持されることによりセンサ１１が設置される空間的領域を、以下、センサ設置領域１１ａという。測定器１６は、センサ（水晶振動子）１１上に薄膜が生成されることによる水晶振動子の共振周波数の変化を検出することで膜厚を計測（モニタリング）する。
【００２２】
但し、膜厚を測定するために光学式センサを用いてもよい。この場合、センシング素子（センサ１１）としては、膜厚によって反射率等の光学特性が変化する素子が用いられる。
【００２３】
制御ユニット１７は、センサ１１および計測器１６による膜厚測定結果に基づいて、すなわちセンサ１１上の膜厚が基板５上の膜厚と同等であるとみなして、基板５上に生成された膜厚が所望の値となるように電源９やガス導入バルブ４等の動作を制御する。
【００２４】
ターゲット８と基板５の間には、成膜の開始と終了のタイミングを決定するための基板用シャッタ１４が設けられており、ターゲット８とセンサ１１との間には、膜厚モニタリングの開始と終了のタイミングを決定するためのセンサ用シャッタ１５が設けられている。これらのシャッタ１４，１５の動作は、制御回路１７によって制御される。
【００２５】
図２には、図１に示した基板設置領域５ａ、粒子放出領域８ａおよびセンサ設置領域１１ａの位置関係を示す。なお、図２では、これら３つの設置領域５ａ，８ａ，１１ａを二点鎖線で示す。また、該３つの設置領域５ａ，８ａ，１１ａの位置関係を理解し易いように、該３つの設置領域５ａ，８ａ，１１ａに基板５，ターゲット８およびセンサ１１がそれぞれ設置された状態を示している。この状態は、スパッタ装置の使用時の状態である。
【００２６】
本実施例のスパッタ装置では、前述したように、粒子放出領域８ａ内の左右に２つの平板形状のターゲット８が、それらの被スパッタリング面８ｂが互いに対向するように配置されている。ここで、図中のＬ１は、粒子放出領域８ａの垂直方向での中心線であり、Ｌ２は、粒子放出領域８ａの水平方向での中心線である。
【００２７】
これらの中心線Ｌ１とＬ２は点Ｏで直交する。点Ｏは、粒子放出領域８ａの中心である。また、中心線Ｌ２は、基板設置領域５ａおよびセンサ設置領域１１ａのそれぞれの中心５ｂ，１１ｂを通る。
【００２８】
ここで、本実施例のスパッタ装置は、前述したようにオフアクシス型又は対向ターゲット型スパッタ装置である。この場合の粒子放出領域８ａとは、ターゲット８が設置される水平方向両側の２つの領域のみを意味するものではない。粒子放出領域８ａとは、ターゲット８が設置される領域を含み、ターゲット８間にプラズマＰが形成された状態で該ターゲット８からスパッタリングされた粒子（スパッタ粒子）が基板５やセンサ１１に向かって放出され得る領域全体を意味する。
【００２９】
ターゲット８として被スパッタリング面８ｂが回転対称形状や垂直方向又は水平方向（図の紙面に垂直な方向）にて線対称な形状を有するものを用いた場合は、粒子放出領域８ａの垂直方向での中心線Ｌ１は、その回転対称軸又は線対称軸に一致する。つまり、中心線Ｌ１は、両ターゲット８の被スパッタリング面８ｂの形状的な中心を通る。
【００３０】
但し、粒子放出領域の中心線Ｌ１は、被スパッタリング面８ｂの形状的な中心を通る直線という意味に限られない。例えば、被スパッタリング面８ｂが非対称形状（いわゆる異形状）である場合の中心線Ｌ１は、被スパッタリング面８ｂの重心間を結んだ直線と規定することもできる。
【００３１】
また、被スパッタリング面８ｂの形状にかかわらず、実際の成膜時において、被スパッタリング面８ｂのうちスパッタリングによる形状変化（ターゲット消費量）が最大となる位置を通る直線を中心線Ｌ１として規定してもよい。このような位置は、装置設計時において予測が可能である。但し、１枚のターゲットにおいてスパッタリングによる形状変化が最大となる位置が複数ある場合は、これらの位置間の中心をターゲットの中心とすればよい。
【００３２】
一方、中心線Ｌ２は、上記のように規定された中心線Ｌ１に直交し、両ターゲット８の被スパッタリング面８ｂからの距離が等しい直線に相当する。
【００３３】
また、本実施例で用いる基板５およびセンサ１１は、回転対称形状、線対称形状又は異形状の被成膜面を有する。基板設置領域５ａおよびセンサ設置領域１１ａの中心５ｂ，１１ｂは、基板５およびセンサ１１の被成膜面の形状的な中心や重心又は成膜制御上基準となる位置に一致する。そして、基板設置領域５ａ（基板５）およびセンサ設置領域１１ａ（センサ１１）の中心５ｂ，１１ｂを通る中心線Ｌ５，Ｌ１１は、本実施例では、中心線Ｌ１に一致する。なお、中心線Ｌ５，Ｌ１１の中心線Ｌ１に対する角度差が±１０％以下である場合は、両角度は等しいとみなす。
【００３４】
さらに、本実施例では、図には表れていないが、基板５およびセンサ１１の被成膜面がいずれも球面により構成されており、中心線Ｌ５，Ｌ１１は、該被成膜面の中心における面法線に相当する。したがって、中心線Ｌ５，Ｌ１１は、基板設置領域５ａおよびセンサ設置領域１１ａに設置された基板５およびセンサ１１の中心線でもある。
【００３５】
本実施例では、センサ設置領域１１ａと基板設置領域５ａとが、粒子放出領域８ａを挟んで上下、すなわち互いに反対側に設けられている。さらに、中心線Ｌ２に沿った粒子放出領域８ａの中心Ｏから基板設置領域５の中心５ｂまでの距離に対して、該中心Ｏからセンサ設置領域１１ａの中心１１ｂまでの距離が等しい。なお、粒子放出領域８ａの中心Ｏから基板設置領域５の中心５ｂまでの距離に対する該中心Ｏからセンサ設置領域１１ａの中心１１ｂまでの距離の差が±１０％以下である場合は、両距離は等しいとみなす。
【００３６】
以上のような位置関係は、基板設置領域５ａ（つまりは基板５）とセンサ設置領域１１ａ（つまりはセンサ１１）とが、粒子放出領域８ａの中心線Ｌ１に関して対称性を有する位置関係である。また、別の言い方をすれば、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとが、粒子放出領域８ａに対して成膜条件上、共役となる位置関係に設置されているとも言える。
【００３７】
そして、このような位置関係を満足することで、基板５とセンサ１１に対する成膜条件を同等とすることができ、この結果、基板５上の成膜速度とセンサ１１上の成膜速度とを同等とすることができる。したがって、前述したように、制御ユニット１７は、センサ１１による膜厚測定結果が基板５上の膜厚と同等であるとみなすことができ、基板５上に生成された膜厚を目標値に対して高精度に制御することができる。
【００３８】
なお、ここにいう成膜速度、つまりは膜厚が同等とみなすとは、基板５上での成膜速度（膜厚）に対するセンサ上での成膜速度（膜厚）の差が±２０％以下、より望ましくは１０％以下であることを意味する。
【００３９】
以下、本実施例のスパッタ装置を用いた成膜手順について、図８を用いて説明する。なお、図８の成膜手順は、後述する他の実施例でも同様である。
【００４０】
まず、予めセンサ１１を成膜チャンバ１内におけるセンサ設置領域１１ａに設置しておく。そして、基板５をロードロックチャンバ１２を介して成膜チャンバ１内に搬入し、基板ホルダ５に保持させる（ステップ１）。これにより、基板５が基板設置領域５ａに設置される。
【００４１】
次に、ガス導入バルブ４によって放電のためのガスを、その供給量を制御しながら成膜チャンバ１内に導入する（ステップ２）。
【００４２】
そして、放電電極７に電界を印加させるとプラズマ放電が起こり、ターゲット８がスパッタリングされ、スパッタ粒子が粒子放出領域８ａから放出される（ステップ３）。ガスとしては、金属アルミニウムを成膜する場合にはＡｒガスが、アルミナを成膜する場合にはＯ２およびＡｒの混合ガスが導入される。
【００４３】
プラズマ放電が起こっている状態で、基板用シャッタ１４を開ける（ステップ４）。これにより、基板５上での薄膜形成が開始される。また、基板用シャッタ１４を開けると同時に、又はそれよりも若干早いタイミングでセンサ用シャッタ１５を開ける。これにより、センサ１１上にも薄膜が形成されていき、膜厚の時間変化をモニタすることができる。なお、センサ用シャッタ１５を基板用シャッタ１４より先に開けておくことで、成膜速度が安定するのを確認してから成膜を開始することが可能となる。こうして、センサ１１上の膜厚の時間変化をモニタできることにより、センサ１１上の成膜速度と基板５上の成膜速度との相対関係を用いて、所望の膜厚に応じた成膜終了のタイミングを決定できる。
【００４４】
従来のスパッタ装置では、センサと基板とが粒子放出領域の中心線に関する対称性を持たない（成膜条件上、非共役な）位置関係にある。このため、センサ上の成膜速度と基板上の成膜速度とが大きく異なり、両成膜速度の相対関係を前もって測定したり、成膜するごとに測定し直したりする必要があった。また、ターゲットの状態や放電状態等によってターゲットからのスパッタ粒子の放出角度分布が変化すると、センサ上の成膜速度と基板上の成膜速度との相対関係を維持することができず、良好な膜厚精度の実現が困難であった。
【００４５】
しかし、本実施例のスパッタ装置では、センサ１１と基板５とが粒子放出領域８ａの中心線Ｌ１に関する対称性を有する（成膜条件上、共役な）位置関係にあるので、センサ１１上の成膜速度が基板５上の成膜速度と同等とみなして問題ない。したがって、基本的には、両成膜速度の相対関係を前もって測定しておく必要がなくなる。
【００４６】
なお、実際の装置運用上は、念のために両成膜速度の相対関係を調べることが要求されることが多い。しかしこの場合でも、成膜速度の相対関係を測定する頻度を下げたり、求めた相対関係の精度を増したりすることができるというメリットがある。
【００４７】
しかも、ターゲット８（粒子放出領域８ａ）からのスパッタ粒子の放出角度分布が変化しても、センサ１１上の成膜速度と基板５上の成膜速度とが同等とみなせる関係を維持することができる。したがって、良好な膜厚精度を実現できる。
【００４８】
センサ１１によって測定された膜厚が目標値に達すると（ステップ５）、基板用シャッタ１４を閉じる（ステップ６）。また、放電電極７への電界印加を停止する。こうして、基板５上に所望の膜厚の薄膜を得ることができる。最後に、成膜された基板５を成膜チャンバ１内からロードロックチャンバ１２を介して搬出し（ステップ７）、成膜工程を終了する。次の基板５に対する成膜を引き続き行う場合は、センサ１１を交換したり、複数のセンサ１１を備えたセンサユニットを移動させて未使用のセンサ１１をセンサ設置領域１１ａに設置したりする。
【００４９】
本実施例では、前述したように、対向ターゲット型又はオフアクシス型のスパッタ装置において、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとを粒子放出領域８ａを挟んで互いに反対側に設けている。言い換えれば、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとを粒子放出領域８ａを境とした２つの領域に分けて配置されている。このため、センサを基板の脇や裏側等、粒子放出領域から見て基板設置領域内又はそれと同等な領域内に設ける場合に比べて、成膜チャンバ１内の設計自由度を飛躍的に向上させることができる。
【００５０】
本実施例のスパッタ装置において膜厚をモニタ制御した実験の結果を、図３に示す。図中のＡの棒グラフは、センサ１１と基板５とが粒子放出領域８ａの中心線Ｌ１に対して対称性を有する位置関係に配置された本実施例のスパッタ装置による膜厚モニタ制御（対称性モニタ制御）の結果を示す。
【００５１】
本実験では、基板として石英板を用い、膜厚の目標値を３９．３５ｎｍとした。成膜後の膜厚は、成膜チャンバから取り出した基板上の膜厚を分光器を用いて測定した。この実験では、対称性モニタ制御を７回行った。
【００５２】
また、図中のＢの棒グラフは、対称性モニタ制御を行わなかった場合、ここでは対称性モニタ制御と同じ目標膜厚を得るために必要と考えられる成膜時間で時間制御した場合に得られた膜厚（計算値）を示す。モニタ制御の場合は、センサで測定した膜厚によって成膜時間が変動する。このため、時間制御した場合の膜厚は、以下の式によって求められる。
【００５３】
（成膜時間制御した場合の換算膜厚）
＝（モニタ制御時の膜厚）×（モニタ制御時の平均成膜時間）÷（モニタ制御時の成膜時間）
このようにして求められた時間制御による上記目標膜厚に対する誤差は、＋１．４４％から−１．３５％であった。
【００５４】
これに対し、対称性モニタ制御を行った場合の膜厚の目標値に対する誤差は＋１．１３％から−１．０８％の範囲となり、時間制御の場合に比べて膜厚制御の精度が向上した。
【００５５】
なお、特許文献１に記載されているような粒子放出領域の中心線に関する基板設置領域とセンサ設置領域の対称性がないモニタ制御（以下、非対称モニタ制御という）でも、時間制御の場合に比べれば膜厚の制御精度は向上すると考えられる。しかし、非対称モニタ制御では、ターゲットから放出される成膜粒子の放出角度分布がセンサおよび基板に対して非対称性を有し、センサ上と基板上での成膜速度に無視できない程度の差が生じることは容易に想像できる。したがって、対称性モニタ制御による膜厚制御精度は、非対称性モニタ制御の場合の膜厚制御精度に比べても向上すると考えられる。
【００５６】
図４には、本実施例のスパッタ装置における基板成膜速度の距離依存性に関する実験結果を示す。ここにいう基板成膜速度の距離依存性は、粒子放出領域８ａの中心Ｏから基板５（基板設置領域５ａ）の中心５ｂまでの距離（以下、ＴＳ１間距離という）に対する依存性である。
【００５７】
基板成膜速度は、ＴＳ１間距離が１１７．５ｍｍのときの成膜レートを１００として示している。最適なＴＳ１間距離は、生成する膜厚や基板の面積等によって決定されるが、本実施例では１００ｍｍから３５０ｍｍ程度とした。基板成膜速度は、ＴＳ１間距離のマイナス２乗に比例する。
【００５８】
そして、この基板５上での成膜速度の距離依存性は、本実施例のスパッタ装置においては、センサ１１上への成膜においても同様である。ここでは、粒子放出領域８ａの中心Ｏからセンサ１１（センサ設置領域１１ａ）の中心１１ｂまでの距離をＴＳ２間距離とする。この場合、基板成膜速度（基板膜厚）に対するセンサ成膜速度（センサ膜厚）の差を±２０％以下に抑えるためには、ＴＳ１間距離に対するＴＳ２間距離の差を±１０％以下に設定すればよい。
【００５９】
なお、本実施例のスパッタ装置では、図９（Ａ）〜（Ｅ）に示すような様々な形状や配置形態のターゲット８を使用することができる。図９（Ａ）〜（Ｃ）には、水平方向での中心線Ｌ２の方向から見たターゲット８の形状を示している。また、図９（Ｄ），（Ｅ）には、垂直方向での中心線Ｌ１の方向から見たターゲット８の形状を示している。
【００６０】
図９（Ａ）は、上記実施例１で説明したように２枚が対向したタイプのターゲット８を、図９（Ｂ）はリング形状のターゲット８を示している。また、図９（Ｃ）は互いに対向する２枚のターゲット８を２組（計４枚のターゲット）を用いた場合を示している。
【００６１】
さらに、図９（Ｄ）は１つのターゲット８が複数の円筒（又はリング）形状を有するターゲットセルから構成された場合を示している。また、図９（Ｅ）は１つのターゲット８が複数の平行板（又は平行棒）状ターゲットセルにより構成された場合を示している。図９（Ｄ）と図９（Ｅ）に示したターゲットは、図９（Ａ）や図９（Ｃ）に示すように対向配置される。
【００６２】
そして、これらいずれの形状や配置形態のターゲットを用いる場合でも、粒子放出領域の中心Ｏや中心線Ｌ１，Ｌ２を、上述した定義に準じて規定することができる。
【実施例２】
【００６３】
図５には、本発明の実施例２であるスパッタ装置の構成のうち、粒子放出領域８ａ、基板設置領域５ａおよびセンサ設置領域１１ａの位置関係を示す。該３つの設置領域５ａ，２８ａ，１１ａは、図中に二点鎖線で示している。なお、図５では、これら３つの設置領域５ａ，２８ａ，１１ａに基板５，ターゲット２８およびセンサ１１がそれぞれ設置された状態を示している。
【００６４】
本実施例のスパッタ装置は、粒子放出領域２８ａ内に、平板形状のターゲット２８が、その被スパッタリング面２８ｂが基板５およびセンサ１１に対向するように配置された平行平板型（対向型）のスパッタ装置である。ここで、図中のＯは粒子放出領域２８ａの中心であり、Ｌ１は該中心Ｏを通る粒子放出領域２８ａの中心線である。本実施例では、粒子放出領域２８ａの中心Ｏは、ターゲット２８の被スパッタリング面２８ｂの中心に一致する。また、粒子放出領域２８ａの中心線Ｌ１は、被スパッタリング面２８ｂに対して直交する直線に相当する。
【００６５】
粒子放出領域２８ａの中心Ｏである被スパッタリング面２８ｂの中心は、該被スパッタリング面２８ａが回転対称形状や線対称形状である場合には、その対称軸が通る位置であり、非対称形状である場合はその重心を通る位置と規定できる。また、実施例１でも説明したように、被スパッタリング面２８ｂのうちスパッタリングによる形状変化（ターゲット消費量）が最大となる位置を被スパッタリング面２８ｂの中心としてもよい。また、基板設置領域５ａ、基板５、センサ設置領域１１ａおよびセンサ１１の中心や中心線は、実施例１と同様に定義される。
【００６６】
本実施例のスパッタ装置でも、基板設置領域５ａ（つまりは基板５）とセンサ設置領域１１ａ（つまりはセンサ１１）とが、粒子放出領域２８ａの中心線Ｌ１に関して対称性を有する位置関係にある。すなわち、成膜条件上、共役な位置関係にある。
【００６７】
具体的には、粒子放出領域２８ａの中心Ｏから基板設置領域５ａ（基板５）の中心５ｂまでの距離に対して、粒子放出領域２８ａの中心Ｏからセンサ設置領域１１ａ（センサ１１）の中心１１ｂまでの距離が等しい。また、粒子放出領域２８ａの中心Ｏと基板設置領域５ａの中心５ｂとを結んだ直線を第１の直線とし、粒子放出領域２８ａの中心Ｏとセンサ設置領域１１ａの中心１１ｂとを結んだ直線を第２の直線とする。このとき、第１の直線と中心線Ｌ１とのなす角度θ１に対して、第２の直線と中心線Ｌ１となす角度θ２が等しい。
【００６８】
なお、粒子放出領域２８ａの中心Ｏから基板設置領域５ａの中心５ｂまでの距離に対する粒子放出領域２８ａの中心Ｏからセンサ設置領域１１ａの中心１１ｂまでの距離の差が±１０％以下である場合は、両距離は等しいとみなす。また、角度θ１に対する角度θ２の差が±１０％以下である場合は、両角度は等しいとみなす。
【００６９】
さらに、基板設置領域５ａ（基板５）およびセンサ設置領域１１ａ（センサ１１）の中心５ｂ，１１ｂを通る中心線Ｌ５，Ｌ１１は、中心線Ｌ１に対して平行である。この場合も、±１０％以下の角度差は許容され、平行とみなす。
【００７０】
このため、センサ１１上の成膜速度を基板５上の成膜速度と同等とみなすことができる。しかも、ターゲット２８からのスパッタ粒子の放出角度分布が変化しても、センサ１１上の成膜速度と基板５上の成膜速度とが同等とみなせる関係を維持することができる。したがって、良好な膜厚精度を実現できる。
【００７１】
また、本実施例では、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとが粒子放出領域２８ａの中心線Ｌ２を挟んで互いに反対側に設けられている。言い換えれば、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとが粒子放出領域２８ａの中心線Ｌ２を境とした２つの領域に分けて配置されている。このため、センサを基板の脇や裏側等、粒子放出領域から見て基板設置領域内又はそれと同等な領域内に設ける場合に比べて、成膜チャンバ１内の設計自由度を飛躍的に向上させることができる。
【００７２】
なお、本実施例のスパッタ装置では、図１０（Ａ）〜（Ｄ）および図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示す様々形状又は配置形態のターゲットを用いることができる。
【００７３】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）および図１１（Ａ）〜（Ｃ）には、水平方向での中心線Ｌ１の方向から見たターゲット２８の形状を示している。ターゲット２８としては、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように矩形板や楕円板形状のものや、図示しないが円板形状のものを用いることができる。また、図１０（Ｃ），（Ｄ）に示すように中央に穴が形成された矩形又は楕円（円形）のリング形状のものを用いることもできる。
【００７４】
さらに、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、複数の同じ又は異なる形状のターゲット２８を同一平面（中心線Ｌ１に直交する平面）上に配置してもよい。
【００７５】
そして、これらいずれの形状や配置形態のターゲットを用いる場合でも、粒子放出領域の中心Ｏや中心線Ｌ１，Ｌ２を、上述した定義に準じて規定することができる。
【００７６】
また、本実施例では、基板設置領域５ａ（基板５）の中心線Ｌ５とセンサ設置領域１１ａ（センサ１１）の中心線Ｌ１１がそれぞれ、粒子放出領域２８ａの中心線Ｌ１に対して平行な場合について説明した。
【００７７】
しかし、図１３に示すように、両中心線Ｌ５，Ｌ１１を粒子放出領域２８ａの中心線Ｌ１側に意図的に角度θ３，θ４だけ傾けて、基板５およびセンサ１１のターゲット２８に対する迎角を最適化するようにしてもよい。この場合、角度θ３，θ４が等しいことが望ましく、±１０％以下の角度差であれば、両角度θ３，θ４を等しいとみなす。また、このような迎角設定は、他の実施例でも同様に行うことができる。
【実施例３】
【００７８】
図６には、本発明の実施例３であるスパッタ装置の構成のうち、粒子放出領域８ａ、基板設置領域５ａおよびセンサ設置領域１１ａの位置関係を示す。該３つの設置領域５ａ，８ａ，１１ａは、図中に二点鎖線で示している。なお、図６では、これら３つの設置領域５ａ，８ａ，１１ａに基板５，ターゲット８およびセンサ１１がそれぞれ設置された状態を示している。
【００７９】
本実施例のスパッタ装置は、実施例１と同様に、２つの平板状のターゲット８が、それらの被スパッタリング面８ｂが互いに対向するように設置されたオフアクシス型又は対向ターゲット型スパッタ装置である。
【００８０】
ここで、図中のＬ１およびＬ２はそれぞれ、実施例１でも説明した粒子放出領域８ａの垂直方向での中心線および水平方向での中心線である。
【００８１】
本実施例のスパッタ装置では、基板設置領域５ａ（つまりは基板５）とセンサ設置領域１１ａ（つまりはセンサ１１）とが、粒子放出領域８ａの中心線Ｌ２に関して対称性を有する位置関係にある。すなわち、成膜条件上、共役な位置関係にある。
【００８２】
具体的には、粒子放出領域８ａの中心Ｏから基板設置領域５ａ（基板５）の中心５ｂまでの距離に対して、粒子放出領域８ａの中心Ｏからセンサ設置領域１１ａ（センサ１１）の中心１１ｂまでの距離が等しい。また、粒子放出領域８ａの中心Ｏと基板設置領域５ａの中心５ｂとを結んだ直線を第１の直線とし、粒子放出領域２８ａの中心Ｏとセンサ設置領域１１ａの中心１１ｂとを結んだ直線を第２の直線とする。このとき、第１の直線と中心線Ｌ２とのなす角度θ１に対して、第２の直線と中心線Ｌ２となす角度θ２が等しい。実施例２と同様に、距離や角度の差が±１０％以下である場合は、これらが等しいとみなす。
【００８３】
さらに、基板設置領域５ａ（基板５）およびセンサ設置領域１１ａ（センサ１１）の中心５ｂ，１１ｂを通る中心線Ｌ５，Ｌ１１は、中心線Ｌ２に対して平行である。この平行についても、±１０％以下の誤差は許容される。
【００８４】
このため、センサ１１上の成膜速度を基板５上の成膜速度と同等とみなすことができる。しかも、ターゲット８からのスパッタ粒子の放出角度分布が変化しても、センサ１１上の成膜速度と基板５上の成膜速度とが同等とみなせる関係を維持することができる。したがって、良好な膜厚精度を実現できる。
【００８５】
また、本実施例でも、実施例２と同様に、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとが粒子放出領域８ａの中心線Ｌ２を境とした２つの領域に分けて配置されている。このため、成膜チャンバ１内の設計自由度を飛躍的に向上させることができる。
【００８６】
また、本実施例でも、図９（Ａ）〜（Ｅ）に示した様々な形状や配置形態のターゲットを使用することができる。
【実施例４】
【００８７】
図７には、本発明の実施例４であるスパッタ装置の構成のうち、粒子放出領域３８ａ、基板設置領域５ａおよびセンサ設置領域１１ａの位置関係を示す。該３つの設置領域５ａ，３８ａ，１１ａは、図中に二点鎖線で示している。なお、図７では、これら３つの設置領域５ａ，３８ａ，１１ａに基板５，ターゲット３８およびセンサ１１がそれぞれ設置された状態を示している。
【００８８】
本実施例のスパッタ装置は、実施例１と同様のオフアクシス型又は対向ターゲット型スパッタ装置であって、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとが、粒子放出領域３８ａを挟んで互いに反対側に配置されている。但し、本実施例では、２つの平板状のターゲット３８が、それらの被スパッタリング面３８ｂが粒子放出領域３８ａの水平方向での中心線Ｌ２に対して基板側に３０度以下の角度で傾いた状態で互いに対向するように配置されている。なお、基板設置領域５ａ（基板５）およびセンサ設置領域１１ａ（センサ１１）の中心５ｂ，１１ｂを通る中心線Ｌ５，Ｌ１１は、中心線Ｌ２に対して一致している。
【００８９】
また、Ｌ１は実施例１でも説明した粒子放出領域３８ａの垂直方向での中心線である。本実施例では、ターゲット３８が基板側に傾いているが、中心線Ｌ１，Ｌ２の規定の仕方は実施例１と同様である。
【００９０】
本実施例では、実施例１と同様に、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとが粒子放出領域３８ａを境とした２つの領域に分けて配置されている。このため、成膜チャンバ１内の設計自由度を飛躍的に向上させることができる。
【００９１】
なお、本実施例では、粒子放出領域３８ａの中心Ｏから基板設置領域５ａの中心５ｂまでの距離に比べて、粒子放出領域３８ａの中心Ｏからセンサ設置領域１１ａの中心１１ｂまでの距離が短い。つまり、基板設置領域５ａとセンサ設置領域１１ａとが粒子放出領域３８ａの中心線Ｌ１に関して対称性を有する位置関係にはなっていない。しかし、２つの平板状のターゲット３８が基板側へ傾いた状態でのセンサ１１に対する成膜速度が、基板５に対する成膜速度と同等になるように成膜条件を設定することで、実施例１から３と同様に、良好な精度で膜厚制御を行うことも可能である。
【００９２】
なお、本実施例のスパッタ装置においては、図９（Ａ），（Ｃ）〜（Ｅ）に示したターゲットを使用することができるほか、図１２に示すように、リング状（円錐台形状）のターゲットを使用することもできる。図１２には、水平方向での中心線Ｌ２の方向から見たターゲット８の形状を示している。
【００９３】
また、上記実施例１から３では、３つの領域の中心間距離の差が±１０％以下である場合や、角度θ１に対するθ２の差が±１０％以下である場合について説明した。しかし、これらの差が±１０％より若干大きい場合（例えば、±１５％）であっても、３つの領域が成膜制御上において共役とみなせる位置関係にあれば、その位置関係は対称性を有するとみなしてよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例１であるスパッタ装置の概略構成図。
【図２】実施例１のスパッタ装置における粒子放出領域、基板設置領域およびセンサ設置領域の位置関係を示す図。
【図３】実施例１のスパッタ装置を用いた膜厚制御の実験結果を示す図。
【図４】実施例１のスパッタ装置における成膜速度と粒子放出領域と基板間の距離に対する依存性を示す図。
【図５】本発明の実施例２であるスパッタ装置における粒子放出領域、基板設置領域およびセンサ設置領域の位置関係を示す図。
【図６】本発明の実施例３であるスパッタ装置における粒子放出領域、基板設置領域およびセンサ設置領域の位置関係を示す図。
【図７】本発明の実施例４であるスパッタ装置における粒子放出領域、基板設置領域およびセンサ設置領域の位置関係を示す図。
【図８】実施例のスパッタ装置における成膜手順を示すフローチャート。
【図９】（Ａ）〜（Ｅ）は実施例１，３，４のスパッタ装置に使用可能なターゲットの例を示す図。
【図１０】（Ａ）〜（Ｄ）は実施例２のスパッタ装置に使用可能なターゲットの例を示す図。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は実施例２のスパッタ装置に使用可能なターゲットの例を示す図。
【図１２】実施例４のスパッタ装置に使用可能なターゲットの例を示す図。
【図１３】実施例２の変形例であるスパッタ装置の構成を示す図。
【符号の説明】
【００９５】
１  成膜チャンバ
２  真空ポンプ
５  基板
５ａ  センサ設置領域
５ｂ  センサ設置領域の中心
６  基板ホルダ
７  放電電極
８，２８，３８  ターゲット
８ａ，２８ａ，３８ａ  粒子放出領域
１１  膜厚測定用センサ
１１ａ  センサ設置領域
１１ｂ  センサ設置領域の中心
１２  ロードロックチャンバ
１４  基板用シャッタ
１５  センサ用シャッタ
Ｌ１，Ｌ２  粒子放出領域の中心線
Ｏ  粒子放出領域の中心
【図１】
2007291420.tif 000003
【図２】
2007291420.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007291420.tif 000007
【図６】
2007291420.tif 000008
【図７】
2007291420.tif 000009
【図８】
2007291420.tif 000010
【図９】
2007291420.tif 000011
【図１０】
2007291420.tif 000012
【図１１】
2007291420.tif 000013
【図１２】
2007291420.tif 000014
【図１３】
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